《Biochemical Journal》：Sustainable marine waste–derived hydroxyapatite/collagen/chitosan hydrogels as bioactive composite materials for bone-related applications
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骨再生应用的水凝胶材料开发研究中，成功制备了胶原蛋白-I/羟基磷灰石/壳聚糖（COL-1/HAp/CS）复合水凝胶，通过调节HAp比例优化其性能。测试显示该水凝胶具有1.07MPa抗压强度、40%-145%膨胀率、可控降解（7天内质量损失25%-45%）及良好的生物矿化（14天形成羟基磷灰石沉积）和抗菌活性（对铜绿假单胞菌和大肠杆菌有效）。
Eva Oktavia Ningrum | Tri Sita Endah Perwitasari | Naufal Ardhia Fahreza | Sumaiya Zainal Abidin | Takehiko Gotoh | Suprapto | Warlinda Eka Triastuti | Rizal Arifin
印度尼西亚苏拉巴亚Sukolilo校区Sepuluh Nopember理工学院职业研究学院工业化学工程系，邮编60111
摘要
本研究开发了一种可持续的I型胶原/羟基磷灰石/壳聚糖（COL-1/HAp/CS）复合水凝胶，作为用于骨骼相关应用的生物活性材料。从蟹壳合成的羟基磷灰石以不同的比例掺入COL-1/壳聚糖基质中，以阐明比例与性能之间的关系。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析证实了成功的交联作用、较强的有机-无机相互作用，以及羟基磷灰石结晶度的保持，其结晶度范围为46.46%至89.77%。这些水凝胶的体积膨胀率依赖于混合比例，平衡膨胀率在2小时内可达到40%至145%，反映了网络亲水性和结构灵活性的差异。机械测试显示其性能得到了提升，最大压缩强度为1.07 MPa，弹性模量为5.50 MPa。在磷酸盐缓冲盐溶液中观察到了可控的降解过程，随着壳聚糖比例的增加，质量损失从约45%降低到约25%。扫描电子显微镜（SEM）分析显示，随着比例的变化，网络形态从致密变为多孔；体外生物活性测试表明，在模拟体液中14天后形成了磷灰石。此外，还证实了该水凝胶对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具有抗菌活性。总体而言，比例为1/1/3的COL-1/HAp/CS水凝胶在机械性能、可调控的降解性、生物活性和抗菌性能方面表现出协同效应，凸显了其作为骨骼相关应用可持续生物活性复合水凝胶的潜力。
章节摘录
引言
由创伤、退行性疾病、肿瘤切除和外科手术引起的骨骼相关疾病继续带来重大临床挑战。在这种背景下，生物活性复合材料因其能够提供临时机械支撑、促进表面介导的矿化作用以及与生物环境的良性相互作用而受到越来越多的关注。用于骨骼相关应用的材料通常需要具备适当的...
材料
本研究使用的材料包括I型胶原（COL-1）、从蟹壳合成的羟基磷灰石（HAp）、壳聚糖（CS，粘度200–600 mPa·s，脱乙酰化值80%，分子量100–1000 kDa，Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.生产）、冰醋酸（≥99.99%，Sigma-Aldrich）、蒸馏水（Aquabidest）、磷酸盐缓冲盐溶液（PBS，Sigma-Aldrich）、戊二醛（25%水溶液，Sigma-Aldrich）、模拟体液（SBF，Merck）、营养琼脂（Merck）以及细菌培养物。
COL-1/HAp/CS水凝胶的傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析
傅里叶变换红外光谱用于研究水凝胶成分的整合以及混合比例对COL-1/HAp/CS水凝胶最终性能的影响，特别是识别各组成材料的官能团。图2展示了4000至6000 cm?1红外区域的FTIR光谱。
COL-1的FTIR光谱在3272 cm?1处显示出明显的吸收峰，对应于O–H键的伸缩振动。
结论
本研究成功制备了具有可调结构、机械性能、降解性、生物活性和抗菌特性的I型胶原/羟基磷灰石/壳聚糖（COL-1/HAp/CS）水凝胶。FTIR分析证实了通过戊二醛实现了有效的交联和分子间相互作用（包括席夫碱的形成）。XRD分析验证了羟基磷灰石的结晶度得到保持，其结晶度范围为46.46%至89.77%，且随着HAp比例的增加而提高。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Eva Oktavia Ningrum表示获得了Sepuluh Nopember理工学院的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢Sepuluh Nopember理工学院、2025年ITS Type A型合作研究项目（合同编号1814/PKS/ITS/2025）提供的财政支持。
